JP5208374B2 - 系統連系パワーコンディショナおよび系統連系電源システム - Google Patents
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Description
図1を参照して、本実施の形態の系統連系電源システムは、直流電力供給源1と、パワーコンディショナ2と、蓄電部6とを備える。パワーコンディショナ2は、直流電力供給源1と蓄電部6と商用電力系統3とに接続される。多くの場合、このような系統連系電源システムは住宅に設置される。パワーコンディショナ2は直流電力供給源1からの直流電力を商用周波数の交流電力に変換し、変換後の交流電力を商用電力系統3に接続されている家庭内負荷(図示せず)に供給する系統連系パワーコンディショナである。
図2を参照して、電圧変換部5は絶縁型DC/DCコンバータの一種であるプッシュプルコンバータである。電圧変換部5は、たとえば約20kHzの周波数でPWM(パルス幅変調)駆動される。
高周波トランス9の1次側に設けられたスイッチ素子10A,10Bの各々は、上述した約20kHzの周波数でオン状態およびオフ状態を切替える。なお、スイッチ素子10A,10Bは、互いに逆論理の2つの駆動信号によりそれぞれ駆動される。つまりスイッチ素子10A,10Bの一方がオン状態のときに他方はオフ状態になる。このようにスイッチ素子10A,10Bが動作することで、高周波トランス9に印加される電圧の方向が切替わる。
図3を参照して、電圧変換部5は絶縁型DC/DCコンバータの一種である電流共振形コンバータである。電圧変換部5は、スイッチ素子13A,13Bと、ダイオードD7,D8と、高周波トランス14と、コンデンサ15と倍電圧整流回路16とを含む。倍電圧整流回路16は、コンデンサ16A,17と、ダイオード16B,16Cとを含む。なお、図3に示す端子LT1,LT2,HT1,HT2は図2に示す端子LT1,LT2,HT1,HT2とそれぞれ同様である。
図4を参照して、電圧変換部7は、図2の回路と同様の「プッシュプルコンバータ」である。電圧変換部7は、高周波トランス18と、スイッチ素子19A,19B,20A,20Bと、ダイオードD9〜D12と、リアクトル21Aと、コンデンサ21Bとを含む。
図7を参照して、電圧変換部7は、絶縁型DC/DCコンバータの一種である絶縁型Cukコンバータである。なお、図7に示す回路は図4に示す回路と同様に低圧側から高圧側と高圧側から低圧側との双方向の電圧変換を可能にする。
図7に示すCukコンバータは、図1の蓄電部6の放電運転時には低圧側に入力された直流電圧を昇圧して高圧側に出力し、図1の蓄電部6の充電運転時には高圧側に入力された直流電圧を降圧して低圧側に出力する。なおスイッチ素子22,29のオン状態およびオフ状態は図1の制御部8Bによって制御される。
Claims (11)
- 発電を行なう直流電力供給源と、蓄電部と、商用電力系統とに接続される系統連系パワーコンディショナであって、
前記直流電力供給源から供給される直流電力の電圧を第1の直流電圧に変換して直流正負母線に出力する第1の電圧変換部と、
前記直流正負母線から前記第1の直流電圧を受けて、前記第1の直流電圧を交流電圧に変換して前記商用電力系統に出力するインバータ回路と、
前記蓄電部と前記直流正負母線との間に接続され、前記蓄電部の充電運転時には、前記直流正負母線から受ける前記第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換して前記蓄電部に供給し、前記蓄電部の放電運転時には前記蓄電部から受ける前記第2の直流電圧を前記第1の直流電圧に変換して前記直流正負母線に出力する第2の電圧変換部とを備え、
前記第2の電圧変換部は、前記蓄電部に接続される側と前記直流正負母線に接続される側とが絶縁され、
前記インバータ回路は、前記直流電力供給源が発電している期間には、前記直流正負母線から受ける前記第1の直流電圧を交流電圧に変換して前記商用電力系統に出力し、前記直流電力供給源が発電していない期間のうちの所定の期間には、前記商用電力系統から受ける交流電圧を前記第1の直流電圧に変換して前記直流正負母線に出力し、
前記第2の電圧変換部は、絶縁型DC/DCコンバータであり、入力端子と出力端子とが絶縁された状態で変圧動作を行なう高周波トランスを含み、
前記系統連系パワーコンディショナは、さらに、
前記第2の電圧変換部の前記蓄電部側に設けられた第1の電圧検出部と、
前記第2の電圧変換部の前記蓄電部側に設けられた電流検出部と、
前記第2の電圧変換部の前記直流正負母線側に設けられた第2の電圧検出部と、
前記第1および第2の電圧検出部の出力および前記電流検出部の出力に基づいて前記第2の電圧変換部を制御する制御部とを備え、
前記第1の電圧検出部および前記第2の電圧検出部の各々は、入出力間が絶縁される、系統連系パワーコンディショナ。 - 前記蓄電部は、
正極端子と、
負極端子とを有し、
前記高周波トランスは、
前記正極端子に接続される第1の中間タップを有する1次巻線と、
前記1次巻線よりも巻数が多く、かつ、第2の中間タップを有する2次巻線とを有し、
前記第2の電圧変換部は、
前記1次巻線において前記第1の中間タップを除く2端のうちの一方端と、前記負極端子との間に接続される第1のスイッチ素子と、
前記1次巻線において前記第1の中間タップを除く2端のうちの他方端と、前記負極端子との間に接続される第2のスイッチ素子と、
前記第2の中間タップに一方端が接続され、他方端が前記直流正負母線のうちの直流正母線に接続されるリアクトルと、
前記2次巻線において前記第2の中間タップを除く2端のうちの一方端と、前記直流正負母線のうちの直流負母線との間に接続される第3のスイッチ素子と、
前記2次巻線において前記第2の中間タップを除く2端のうちの他方端と、前記直流負母線との間に接続される第4のスイッチ素子とをさらに含む、請求項1に記載の系統連系パワーコンディショナ。 - 前記制御部は、前記蓄電部の放電運転時には前記第3および第4のスイッチ素子を常時オフ状態にするとともに前記第1および第2のスイッチ素子のオンオフ状態を制御し、前記蓄電部の充電運転時には前記第1および第2のスイッチ素子を常時オフ状態にするとともに前記第3および第4のスイッチ素子のオンオフ状態を制御する、請求項2に記載の系統連系パワーコンディショナ。
- 前記制御部は、前記第1から第4のスイッチ素子をPWM制御し、前記蓄電部の放電運転時においては、前記第2の電圧変換部から前記直流正負母線への出力電圧が前記第1の電圧に保たれるとともに前記蓄電部が放電する電力の値が第1の目標値になるように前記第1および第2のスイッチ素子の各々がオン状態にある時間を制御し、前記蓄電部の充電運転時においては前記第2の電圧変換部から前記蓄電部に供給する電力の値が第2の目標値になるように前記第3および第4のスイッチ素子の各々がオン状態にある時間を制御する、請求項3に記載の系統連系パワーコンディショナ。
- 前記蓄電部は、
正極端子と、
負極端子とを有し、
前記高周波トランスは、
一方端が前記負極端子に接続される1次巻線と、
前記1次巻線よりも巻数が多く、かつ、一方端が前記直流正負母線のうちの直流負母線に接続される2次巻線とを有し、
前記第2の電圧変換部は、
一方端が前記1次巻線の他方端に接続される第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサの他方端と前記1次巻線の他方端との間に接続される第1のスイッチ素子と、
前記第1のコンデンサの他方端と前記正極端子との間に接続される第1のリアクトルと、
一方端が前記2次巻線の他方端に接続される第2のコンデンサと、
前記直流負母線と前記第2のコンデンサの他方端との間に接続される第2のスイッチ素子と、
前記第2のコンデンサの他方端と前記直流正負母線のうちの直流正母線との間に接続される第2のリアクトルとをさらに含む、請求項1に記載の系統連系パワーコンディショナ。 - 前記制御部は、前記蓄電部の放電運転時には前記第2のスイッチ素子を常時オフ状態にするとともに前記第1のスイッチ素子のオンオフ状態を制御し、前記蓄電部の充電運転時には前記第1のスイッチ素子を常時オフ状態にするとともに前記第2のスイッチ素子のオンオフ状態を制御する、請求項5に記載の系統連系パワーコンディショナ。
- 前記制御部は、前記第1および第2のスイッチ素子をPWM制御し、前記蓄電部の放電運転時においては、前記第2の電圧変換部から前記直流正負母線への出力電圧が前記第1の電圧に保たれるとともに前記蓄電部が放電する電力の値が第1の目標値になるように前記第1のスイッチ素子がオン状態にある時間を制御し、前記蓄電部の充電運転時においては前記第2の電圧変換部から前記蓄電部に供給する電力の値が第2の目標値になるように前記第2のスイッチ素子がオン状態にある時間を制御する、請求項6に記載の系統連系パワーコンディショナ。
- 前記高周波トランスは、前記直流正負母線側の巻数が前記蓄電部側の巻数より大きくなるよう構成される、請求項1に記載の系統連系パワーコンディショナ。
- 前記第1の電圧変換部は、前記直流電力供給源と前記直流正負母線との間に接続され、
前記直流電力供給源と前記直流正負母線との間は絶縁される、請求項1から8のいずれか1項に記載の系統連系パワーコンディショナ。 - 前記第1の電圧変換部は、絶縁型DC/DCコンバータであり、
入力端子と出力端子とが絶縁された状態で変圧動作を行なう高周波トランスを含む、請求項9に記載の系統連系パワーコンディショナ。 - 系統連系電源システムであって、
発電を行なう直流電力供給源と、
蓄電部と、
前記直流電力供給源と、前記蓄電部と、商用電力系統とに接続される系統連系パワーコンディショナとを備え、
前記系統連系パワーコンディショナは、
前記直流電力供給源から供給される直流電力の電圧を第1の直流電圧に変換して直流正負母線に出力する第1の電圧変換部と、
前記直流正負母線から前記第1の直流電圧を受けて、前記第1の直流電圧を交流電圧に変換して前記商用電力系統に出力するインバータ回路と、
前記蓄電部と前記直流正負母線との間に接続され、前記蓄電部の充電運転時には、前記直流正負母線から受ける前記第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換して前記蓄電部に供給し、前記蓄電部の放電運転時には前記蓄電部から受ける前記第2の直流電圧を前記第1の直流電圧に変換して前記直流正負母線に出力する第2の電圧変換部とを含み、
前記第2の電圧変換部は、前記蓄電部に接続される側と前記直流正負母線に接続される側とが絶縁され、
前記インバータ回路は、前記直流電力供給源が発電している期間には、前記直流正負母線から受ける前記第1の直流電圧を交流電圧に変換して前記商用電力系統に出力し、前記直流電力供給源が発電していない期間のうちの所定の期間には、前記商用電力系統から受ける交流電圧を前記第1の直流電圧に変換して前記直流正負母線に出力し、
前記第2の電圧変換部は、絶縁型DC/DCコンバータであり、入力端子と出力端子とが絶縁された状態で変圧動作を行なう高周波トランスを含み、
前記系統連系パワーコンディショナは、さらに、
前記第2の電圧変換部の前記蓄電部側に設けられた第1の電圧検出部と、
前記第2の電圧変換部の前記蓄電部側に設けられた電流検出部と、
前記第2の電圧変換部の前記直流正負母線側に設けられた第2の電圧検出部と、
前記第1および第2の電圧検出部の出力および前記電流検出部の出力に基づいて前記第2の電圧変換部を制御する制御部とを含み、
前記第1の電圧検出部および前記第2の電圧検出部の各々は、入出力間が絶縁される、系統連系電源システム。
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